[논문]해산로티퍼 (Brachionus plicatilis)의 생존 및 개체군 성장률을 이용한 중금속 (As, Cr, Pb) 독성평가

이주욱; 류향미; 허승; 황운기

doi:10.11626/kjeb.2016.34.3.193

해산로티퍼 (Brachionus plicatilis)의 생존 및 개체군 성장률을 이용한 중금속 (As, Cr, Pb) 독성평가
Toxicity Assessment of Heavy Metals (As, Cr and Pb) Using the Rates of Survival and Population Growth in Marine Rotifer, Brachionus plicatilis 원문보기

환경생물 = Korean journal of environmental biology, v.34 no.3, 2016년, pp.193 - 200

이주욱 (국립수산과학원 서해수산연구소 해양생태위해평가센터) , 류향미 (국립수산과학원 서해수산연구소 해양생태위해평가센터) , 허승 (국립수산과학원 서해수산연구소 해양생태위해평가센터) , 황운기 (국립수산과학원 서해수산연구소 해양생태위해평가센터)

초록
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해산로티퍼 (Brachionus plicatilis)의 생존율 및 개체군 성장률을 사용하여 중금속 As, Cr 및 Pb에 대한 독성평가를 수행하였다. 중금속에 24시간 노출한 생존율은 As와 Cr의 30과 $150mg\;L^{-1}$ 농도에서 급격한 감소가 시작되어 농도의존적으로 감소하였으나, Pb에서는 영향이 나타나지 않았다. 중금 속에 72시간 노출한 개체군 성장률은 As, Cr 및 Pb의 5, 25 및 $50mg\;L^{-1}$ 농도에서 급격한 감소가 시작되어, 3종 중금속에서 모두 농도의존적으로 감소하는 경향을 보였다. As, Cr 및 Pb에 노출된 개체군 성장률의 $EC_{50}$ 값은 각각 12.98, 82.34 및 $110.14mg\;L^{-1}$이고 독성의 세기는 As>Cr>Pb로 생존율과 동일하였다. 또한 As, Cr 및 Pb에 대한 개체군 성장률의 NOEC는 각각 1, 12.5 및 $50mg\;L^{-1}$, LOEC는 각각 5, 25 및 $50mg\;L^{-1}$로 나타났다. 해양환경에서 각각의 LOEC 이상의 농도는 B. plicatilis에게 독성영향을 미칠 수 있는 농도로 판단되며, NOEC와 $EC_{50}$ 값은 WET test를 위한 혼합독성과 해양생태계 내 중금속독성에 대한 가이드라인으로 적절하게 활용될 수 있을 것이다.

Abstract ▼ AI-Helper

Toxicity assessment of heavy metals (As, Cr and Pb) has been investigated by using the rate of survival and population growth(r) of marine rotifer, Brachionus plicatilis. The survival rate was determined after 24 hours of exposure to As, Cr and Pb. As and Cr reduced survival rate in dose-dependent manner and a significant reduction were occurred at concentration of greater than 30 and $150mg\;L^{-1}$, but Pb had no effect on survival rate. The r was determined after 72 hours of exposure to As, Cr and Pb. As, Cr and Pb reduced r in dose-dependent manner and a significant reduction were occurred at concentration of greater than 5, 25 and $50mg\;L^{-1}$. The toxicity of heavy metals were ranked As>Cr>Pb, with $EC_{50}$ values of 12.98, 82.34 and $110.14mg\;L^{-1}$, respectively. The no-observed-effect-concentration (NOEC) of r in As, Cr and Pb exposure were 1, 12.5 and $50mg\;L^{-1}$, respectively. The lowest-observed-effect-concentration (LOEC) of r in As, Cr and Pb exposure were 5, 25, and $50mg\;L^{-1}$, respectively. From the results, the concentration of As, Cr and Pb (greater than 5, 25 and $50mg\;L^{-1}$, respectively) have toxic effect on the r of B. plicatilis in natural ecosystems. These results (including NOEC and $EC_{50}$) might be useful for the mixing toxicity assessment and toxic guide line of heavy metals in marine ecosystems.

주제어

AI 본문요약
AI-Helper

문제 정의

본 연구에서는 해양생태계 내에서 1차 소비자이며, 다른 시험생물에 비해 사육 및 관리가 쉽고 생활사가 짧아 세대교번을 통한 생물영향을 평가할 수 있는 해산로티퍼, Brachionus plicatilis를 사용하여 중금속 3종(As, Cr, Pb)의 생물영향을 살펴보았다. 또한, 실험 결과를 통해 무영향농도 (No Observed Effective Concentration, NOEC), 최소영향농도(Lowest Observed Effective Concentration, LOEC), 반수영향농도 (50% Effective Concentration, EC₅₀)를 제시하였다.

제안 방법

1994). 72시간 이후 3% 포르말린으로 B. plicatilis를 고정하여 현미경으로 모든 개체수를 계수하여 개체군 성장률을 계산하였다. 개체군 성장률은 상대생장률 r=(InN_d-InN_o)/d (r=개체군 성장률, N_d=날짜 d에서의 개체수, N_o=초기 개체수, d=배양일)을 이용하여 계산하였고, 대조구 개체군 성장률이 0.
사전 예비실험을 통해서 생존율에 미치는 As (Arsenic standard solution, Junsei, Japan)의 시험 농도는 0, 10, 20, 30, 40 및 50 mg L^-1으로 조성하였다. Cr(Chromium standard solution, Junsei, Japan)은 0, 25, 50, 100, 150 및 200 mg L^-1 , Pb (Lead standard solution, Junsei, Japan)는 0, 1, 10, 50, 100 및 200 mg L^-1으로 조성하였다.

대상 데이터

해산로티퍼(Brachionus plicatilis)는 강릉대학교 먹이생물 연구실에서 분양받아 서해수산연구소 항온실에서 25±1.0℃, 6개월 이상 계대배양하면서 사용하였다. 배양액은 자연 해수를 0.

데이터처리

0, Tidepool Scientific Software, USA)의 probit 통계법을 이용하였고 무영향농도 (No Observed Effective Concentration, NOEC)와 최소영향농도 (Lowest Observed Effective Concentration, LOEC)는 Toxicalc 프로그램의 Dunnett’s test를 이용하여 분석하였다. 연구결과의 유의성 검정은 SigmaPlot software(SigmaPlot 2001, SPSS Inc., USA)의 Student’s t-test를 사용하였고 p가 대조구 대비 0.05 이하를 유의한 것으로 판단하였다.
생존율 및 개체군 성장률에 대한 반수영향농도(50% Effective Concentration, EC₅₀), 95% 신뢰구간 (95% Confidence Limit, 95% Cl)은 Toxicalc 프로그램(Toxicalc 5.0, Tidepool Scientific Software, USA)의 probit 통계법을 이용하였고 무영향농도 (No Observed Effective Concentration, NOEC)와 최소영향농도 (Lowest Observed Effective Concentration, LOEC)는 Toxicalc 프로그램의 Dunnett’s test를 이용하여 분석하였다. 연구결과의 유의성 검정은 SigmaPlot software(SigmaPlot 2001, SPSS Inc.

성능/효과

As, Cr 및 Pb 노출에 의한 B. plicatilis의 개체군 성장률은 As와 Cr의 생존율 결과와 유사하게 3종의 중금속에서 모두 농도 의존적으로 감소하는 현상을 보였으며(Fig. 3), 생존율과 개체군 성장률의 EC₅₀을 이용하여 중금속 3종이 B. plicatilis에 미치는 영향을 비교하면, 생존율보다 개체군 성장률의 EC₅₀이 As와 Cr은 약 2.3배, Pb는 약 2배 이상 민감하였다 (Table 2). Hwang et al.
본 연구결과 중금속 As, Cr 및 Pb 노출에 의한 B. plicatilis의 생존률은 As와 Cr에서 농도의존적인 감소현상이 나타났으나 Pb는 최고 농도 200 mg L^-1에서도 생존율의 변동이 일어나지 않았다(Fig. 2). Philodina roseola (Shaefer and Pipes 1973), B.
2012), Cr의 경우는 11~401 mg L^-1으로 부산남항이 가장 높은 것으로 나타났다. 연구결과 As, Cr 및 Pb에 대한 B. plicatilis 개체군 성장률이 영향을 받기 시작하는 최소영향농도(LOEC)가 각각 5, 25 및 50 mg L^-1로 항구의 표층 퇴적물의 평균치보다도 훨씬 낮은 농도이며, 이들 퇴적물 속에 포함되어 있는 다양한 오염물질의 상호작용을 평가하기 위해서 B. plicatilis는 현장 퇴적물 오염평가에 사용할 수 있는 시험생물로 판단된다. 또한 B.

후속연구

plicatilis와 같은 1차 소비자 역할을 담당하는 생물에게 영향을 미칠 수 있는 농도로 활용될 수 있다. 또한 B. plicatilis를 이용하여 독성물질의 상호작용을 평가하기 위한 WET test에서 As, Cr 및 Pb의 무영향농도(NOEC)인 1.00, 12.50 및 10.00 mg L^-1를 사용하는 것이 적절할 것으로 판단되며, 향후 다른 중금속의 결과를 바탕으로 반수영향농도(EC₅₀)를 비교하여 생물별 중금속 독성영향 판단에도 활용하고자 한다.
또한, 실험 결과를 통해 무영향농도 (No Observed Effective Concentration, NOEC), 최소영향농도(Lowest Observed Effective Concentration, LOEC), 반수영향농도 (50% Effective Concentration, EC₅₀)를 제시하였다. LOEC는 해양생태계 내에서 생물영향이 나타나는 기준농도로써 활용될 수 있고, NOEC는 WET test 시 오염물질별 혼합독성을 판단할 수 있는 기초자료로 사용될 것이며, EC₅₀은 오염물질별 독성의 세기를 나타내는 기초자료로 널리 활용될 수 있을 것으로 판단된다.
본 연구에서 As (≥5.00 mg L^-1), Cr (≥25.00 mg L^-1) 및 Pb (≥50.00 mg L^-1)의 경우 해양생태계 내에서 B. plicatilis와 같은 1차 소비자 역할을 담당하는 생물에게 영향을 미칠 수 있는 농도로 활용될 수 있다. 또한 B.

질의응답

핵심어	질문	논문에서 추출한 답변
	크롬에 중독되면 신체에 어떤 변화가 나타나는가?	2005). 크롬 (Chromium, Cr)은 금속의 도금 및 합금에 널리 사용되며, 중독되면 구토와 복통 등이 생기고 심하면 무뇨증과 요독증으로 사망하는 것으로 알려지고 있다(Suh et al. 1999).
	비소는 어디에 포함되어 환경 내로 유입되는가?	2004; Reiley 2007). 중금속 중에서 비소(Arsenic, As)는 제초제나 살충제 등에 포함되어 환경 내로 유입되며 (Irving et al. 2008), 일부 국가에서는 식수에서 검출되어 세계적인 문제로 대두되기도 하였다(Lewis et al. 1999; Bhattacharyya et al.
	해양오염 물질은 해양생물과 인간에게 어떤 영향을 미치는가?	대부분의 해양오염 물질은 육상으로부터 기인하며(Kang 2005), 이러한 오염물질 중에서 독성이 강한 것으로 잘 알려져 있는 중금속은 연안 해역에서 희석 및 분산을 통해서 독성이 일부 감소되지만, 퇴적물과 결합을 통해서 긴 반감기를 가지는 것으로 알려져 있다(Martin and Whitfield 1983). 이런 오염물질은 해양생물의 생리적 장애를 일으킬 뿐만 아니라 체내 축적을 통해 최종 소비자인 인간의 건강에도 악영향을 미치는 것으로 알려져 있다(Phillips and Segar 1986; Yap et al. 2004; Reiley 2007).

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용어 설명: PCR은 세균 특이성이 있는 primer를 이용하여 적은 수의 세균이 있을지라도 쉽게 검출할 수 있는 유용한 방법이며, 이를 이용하여 구강 내 치면세균막이나 타액에서 직접 세균을 검출할 수 있게 되었다[8].

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